CN102491636B - 高速列车用无机玻璃板材 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种较低熔制温度、易于通过离子交换取得高的表面压应力的高速列车用无机玻璃板材。其特征在于以质量百分比计，它包括下列成份组成：SiO₂64-70%，Al₂O₃2-7%，Na₂O10-15%，K₂O2-6%，MgO6-10%，CaO0-0.5%，Fe₂O₃0-0.02%，CeO₂0.1-0.3%，SO₂0-0.3%。所述的高速列车用无机玻璃板材，熔制温度小于1560℃，膨胀软化温度大于580℃，膨胀系数α_{25 ～ 400 ℃}为80～101×10^-7/℃，离子交换后，无机玻璃板材表面具有550～800MPa压应力，能阻挡紫外线透过。

Description

高速列车用无机玻璃板材

技术领域

本发明属于玻璃生产制造领域，主要涉及一种高速列车用无机玻璃板材。所述的高速列车用无机玻璃板材易于与熔化状态的KNO₃发生离子交换，使表面具有550～800MPa压应力，具有较高的抗冲击能力，主要用于制造高速列车门窗玻璃。所述的高速列车用无机玻璃板材通过玻璃浮法成型技术生产。

背景技术

普通平板玻璃或浮法玻璃，因成份和玻璃结构的原因，在与高温熔化状态的KNO₃发生离子交换时，玻璃中的Na⁺进入熔盐，熔盐中的K⁺离子进入玻璃的过程进行缓慢，且K⁺离子进入玻璃的单位体积数量较少和深度偏浅，使表面具有的压应力一般不大于500MPa。而一种含Al₂O₃﹥12%的铝硅酸盐平板玻璃，尽管也易于与熔化状态的KNO₃发生离子交换，但由于较高的熔制温度（大于1600℃），而失去经济意义。

发明内容

本发明的目的是提出一种高速列车用无机玻璃板材，使其有廉价的制造成本，能通过离子交换使高速列车用无机玻璃板材表面获得高的压应力，从而使该无机玻璃板材具有极好的机械强度，也就是说该高速列车用无机玻璃板材易于用化学法增强；该无机玻璃板材能与其它有机材料复合构成高速列车玻璃，对有机材料构成防紫外线辐射作用（具有防紫外线照射作用），避免有机材料因紫外线照射而老化、变色，同时更具有安全的抗冲击性能。

本发明所提出的高速列车用无机玻璃板材，以质量百分比计，它包括下列组分：SiO₂ 64-70%，Al₂O₃ 2-7%，Na₂O 10-15%，K₂O 2-6%，MgO 6-10%，CaO 0-0.5%，Fe₂O₃ 0-0.02%，CeO₂ 0.1-0.3%，SO₃ 0-0.3%；且 CaO+ Fe₂O +SO₃ ﹤0.6%。

本发明采用中铝硅酸系玻璃，Al₂O₃含量低于7%，且SiO₂ +Al₂O₃  合量不大于75%，所以本发明高速列车用无机玻璃板材在熔化、制造过程中，具有较低的熔化温度（不大于1560℃）；而具有远大于化学钢化处理温度（500℃）的膨胀软化温度（大于580℃），使无机玻璃板材在与熔化状态的KNO₃发生离子交换时，不发生变形。碱土金属离子氧化物中本发明采用较高含量的MgO、较低的CaO（控制在0.5%以下），使玻璃容易在380～500℃温度范围内，与熔化状态的KNO₃发生离子交换，使无机玻璃板材表面获得550～800MPa压应力，增加玻璃的机械强度和抗冲击能力。本发明高速列车用无机玻璃板材中加入2-6%的K₂O，用以提高玻璃的熔化能力、玻璃的光泽度和透光性。本发明高速列车用无机玻璃板材中加入10-15%的Na₂O，一方面帮助熔化，另一方面，提供离子交换的Na⁺，达到增强目的。本发明高速列车用无机玻璃板材中加入少量CeO₂，使得玻璃与其它有机材料复合成高速列车玻璃时对有机材料构成防紫外线照射作用，避免有机材料因紫外线照射而老化、变色。高速列车用无机玻璃板材表面获得550～800MPa压应力后，与其它有机材料复合成的高速列车门窗玻璃，具备较强的抗压、抗折、抗冲击能力。

本发明的高速列车用无机玻璃板材所限定的特定范围直接决定了玻璃板材所具备的性能。因此各组成成份的含率优选是按以下方式进行调整：下述成分所涉及的含量均为质量百分比：

[SiO₂]

SiO₂是玻璃骨架的主体。本发明中当SiO₂含量低于64%时，玻璃的软化温度过低，因此优选在65%以上。但当含量高于70%时，玻璃制造用配合料的熔制温度过高，不利于经济的工业化生产。因此，优选在69%以下。

[Al₂O₃]

Al₂O₃是提高玻璃软化温度的有效成份，同时和SiO₂共同构成玻璃的网络结构，以[AlO₄]的形式存在。[AlO₄]使玻璃的网络结构空隙更适合于K⁺、Na⁺离子的交换。本发明中Al₂O₃含量低于2%时，[AlO₄]存在的作用不明显，因此Al₂O₃含量在2%以上，优选在2.5%以上；含量高于7%时，玻璃熔制过程中导致玻璃粘度过大，玻璃制造用配合料的熔制温度过高，同样不利于经济的工业化生产。因此，优选在6.5%以下。

[MgO]

MgO能有效的提高玻璃的熔化特性，同时使玻璃的“粘度-温度曲线”更适合于浮法工艺快速成型的要求；适量的氧化镁可以降低玻璃的析晶性能；本发明中还要用氧化镁替代一部分氧化钙，来调节玻璃的成型性能。MgO含量优选在7%-10%。

[CaO]

CaO的存在，严重影响无机玻璃板材在K⁺、Na⁺离子交换时的效果，因此本发明高速列车用无机玻璃板材中CaO的含量控制在0.5%以下。

[Na₂O]

Na₂O能有效的提高玻璃矿物配合料的熔化特性。是实现高速列车用无机玻璃板材在K⁺、Na⁺离子交换过程中的Na⁺源。Na₂O含量的变化，较快的改变玻璃的线膨胀系数，玻璃的线膨胀系数随R₂O含量的增加而增加。要满足无机玻璃板材α _25～400℃ 为80～101×10^-7/℃的范围，Na₂O含量优选在10.5-15%。

[K₂O]

K₂O能有效的提高玻璃矿物配合料的熔化特性，增加高速列车用无机玻璃板材的光泽度，在不影响离子交换Na⁺源的前提下，K₂O含量在2-6%。

[CeO₂]

CeO₂能有效的阻止紫外线在无机玻璃板材中的透过，本发明含量在0.1%-0.3% 的CeO₂来满足阻止紫外线照射的需求。

[Fe₂O₃]

Fe₂O₃的存在，使无机玻璃板材着色，降低玻璃的透光特性。因此无机玻璃板材中Fe₂O₃的含量控制在0.02%以下。

[SO₃]

SO₃为澄清剂的残留物及燃料杂志的引入，SO₃的存在，加强了Fe₂O₃着色程度，降低玻璃的透光特性。因此无机玻璃板材中SO₃的含量控制在0.3%以下。

针对无机玻璃板材特性不利的组成成份在单项控制的同时，CaO+ Fe₂O +SO₃总量宜在0.6%以内。

本发明的无机玻璃板材成份的优选范围，以质量百分比计如下： SiO₂优选范围为：65-69%；

 Al₂O₃优选范围为：2.5-6.5%；

Na₂O优选范围为：10.5-15%；

K₂O范围为：2-6 %；

MgO优选范围为：7-10 %；

CaO范围为：0-0.5%；

Fe₂O₃范围为：0-0.02%

CeO₂范围为：0.1-0.3%；

且CaO+ Fe₂O +SO₃﹤0.6%。

根据以上所述氧化物性能特点，本发明优选SiO₂含量为65-69%、Al₂O₃含量为2.5-6.5%，使得高速列车用无机玻璃板材的结构更利于离子交换。本发明优选K₂O含量为2-6 %，使得高速列车用无机玻璃板材具有好的光泽度。本发明优选MgO含量为7-10%、CaO含量为0-0.5%，Na₂O含量为10.5-15%使得高速列车用无机玻璃板材在与熔化状态的KNO₃发生离子交换时，可以在相对短的时间,使玻璃板材表面获得550～800MPa压应力。本发明CeO₂含量为0.1-0.3%，保证了高速列车用无机玻璃板材具有的阻止紫外线照射的作用。本发明控制Fe₂O₃范围为0-0.02%，SO₃的含量小于0.3%，使2mm玻璃的透过率大于91.5%。

具体实施方式

本发明结合以下实例作进一步说明，但给出的实施例，不构成对本发明的任何限制：（实施例中的成份含量均以质量百分比计；实施例中所涉及的玻璃的制备工艺和钢化处理工艺为现有的玻璃制备工艺和玻璃钢化工艺）：

实施例1： SiO₂ 64%，Al₂O₃ 7%，Na₂O 15%，K₂O 3.1%，MgO 10%，CaO 0.4%，Fe₂O₃ 0.01%，CeO₂ 0.3%，SO₃  0.19%。

按照该玻璃组成成份，采用低铁石英砂、化工氢氧化铝、重质碱、碳酸钾、铈的化合物，制成玻璃制造用配合料。在1550℃温度下熔化，经浮法工艺成型，可得到膨胀系数α _25～400℃ 为98×10^-7/℃，膨胀软化温度超过586℃的无机玻璃板材，2mm玻璃透光率达到91.70%。熔制所得玻璃板材在400℃温度下，与熔化状态的KNO₃发生离子交换，8小时后，无机玻璃板材获得550～700MPa压应力。

实施例2：

SiO₂ 70%，Al₂O₃ 2%，Na₂O 12.28%，K₂O 6%，MgO 9 %，CaO 0.3%，Fe₂O₃ 0.02%，CeO₂ 0.2%，SO₃  0.2%。

按照该玻璃组成成份，采用低铁石英砂、化工氢氧化铝、重质碱、碳酸钾、铈的化合物，制成玻璃制造用配合料。在1560℃温度下熔化，经浮法工艺成型，可得到膨胀系数α _25～400℃ 为97.9×10^-7/℃，膨胀软化温度超过590℃的无机玻璃板材，2mm玻璃透光率达到91.70%。板材在460℃温度下，与熔化状态的KNO₃发生离子交换，8小时后，无机玻璃板材表面获得550～700MPa压应力。

实施例3：

SiO₂ 69%，Al₂O₃ 6%，Na₂O 10%，K₂O 6%，MgO 8.38%，CaO 0.2%，Fe₂O₃ 0.02%，CeO₂ 0.1%，SO₃  0.3%。

按照该玻璃组成成份，采用低铁石英砂、化工氢氧化铝、重质碱、碳酸钾、铈的化合物，制成玻璃制造用配合料。在1560℃温度下熔化，经浮法工艺成型，可得到膨胀系数α _25～400℃ 为101×10^-7/℃，膨胀软化温度超过580℃的无机玻璃板材，2mm玻璃透光率达到91.65%。板材在420℃温度下，与熔化状态的KNO₃发生离子交换，8小时后，无机玻璃板材表面获得580～750MPa压应力。

实施例4：

 SiO₂ 68%，Al₂O₃ 7%，Na₂O 14%，K₂O 2%，MgO 8.49%，CaO 0.1%，Fe₂O₃ 0.01%，CeO₂ 0.2%，SO₃  0.2%。

按照该玻璃组成成份，采用低铁石英砂、化工氢氧化铝、重质碱、碳酸钾、铈的化合物，制成玻璃制造用配合料。在1560℃温度下熔化，经浮法工艺成型，可得到膨胀系数α _25～400℃ 为81.5×10^-7/℃，膨胀软化温度超过596℃的无机玻璃板材，2mm玻璃透光率达到91.65%。本发明采用浮法工艺成型，浮法工艺为目前企业普遍采用的玻璃生产工艺，对其不作过多说明。板材在520℃温度下，与熔化状态的KNO₃发生离子交换，8小时后，无机玻璃板材表面获得560～700MPa压应力。

Claims (1)

1.一种高速列车用无机玻璃板材，其特征在于：所述无机玻璃板材的组分和质量百分比为： SiO₂ 64%，Al₂O₃ 7%，Na₂O 15%，K₂O 3.1%，MgO 10%，CaO 0.4%，Fe₂O₃ 0.01%，CeO₂ 0.3%，SO₃  0.19%。